危机背后的电力市场设计困局

电力市场机制的缺陷无疑加重了得州电力危机。在可再生能源大规模接入电网的趋势下，如何保障电力系统的公平性、经济性与韧性之间的平衡，是不可回避的问题。

在得州爆发电力危机的前几个月，世界范围内各大电力市场的类似事件接连不断地出现。

2020年8月，加州独立系统运营商（CAISO）先后多次宣布电网进入二级、三级紧急状态，并对居民用户实施轮流停电等措施。而在澳大利亚，2021年1月20日，澳大利亚历史上最大的能源集体诉讼在澳大利亚联邦法院提起。该索赔是由律师事务所Piper Alderman代表50，730 多名电力客户提出的，集体诉讼针对的是两家国有发电公司Stanwell和CS Energy，称他们人为操纵了电力定价系统（electricity pricing system）并让消费者承担了虚高的电费。

近期最引人注目还是发生在美国得克萨斯州（以下简称得州）的电力危机。2021年2月14日开始，美国得州在极端低温天气下再次发生大范围轮流停电，数百万家庭失去电力供应，而且现货市场价格也已达到9000美元/MWh的上限。美国总统拜登相继批准得州进入紧急状态和重大灾难状态。

实际上，早在2016年9月28日，台风和暴雨等极端天气袭击了新能源发电占比高达48.36%的澳大利亚南部地区电网，最终导致全南澳大利亚州大停电，50小时后才全部恢复供电。

这是世界上第一次由极端天气诱发新能源大规模脱网导致的电网大停电事故，并且与电力市场交易密切相关。那么，得州电力危机与电力市场设计有哪些直接关系？面对频发的极端天气，电力市场设计又该如何与电源建设相匹配呢？

事件还原：气电停运是主责

美国当地时间2021年2月24日，在得克萨斯州电力可靠性委员会（ERCOT）召开的紧急董事会上，CEO和总裁Bill Magness发布了关于极寒天气下得州停电事件的首份官方报告（下简称“报告”）。我们可以从中了解到这次电力危机的许多细节。

2月15日凌晨12:15、1:07和1:20（所有时间都为大致估算），ERCOT相继进入一级、二级和三级紧急运行状态，并最终实施了10，800MW的轮流停电。

值得注意的是，2月15日1:53左右，得州电网频率一度跌至59.4赫兹以下长达4分23秒（美国电网的额定频率为60赫兹），而如果电网频率跌至59.4赫兹以下超过9分钟后，将触发电机组低频保护而使更多机组跳闸，进而导致更严重的事故。所以从这个角度来说，负荷削减实际上避免了一次全网安全稳定事故。

那么，2月14日至2月19日之间发电容量停运的情况又是怎样的呢？在事件开始的一段时间里，大家普遍估计风电是停运最多的机组。但实际上停运最多的是天然气发电机组，其次才是风电，而煤电、核电和光伏停运容量较少。

目前ERCOT 辖区内发电总装机容量为107，514 MW，根据2020年的统计数据，51.0%为天然气机组，24.8%为风力发电机组，13.4%为煤电机组，4.9%为核电机组，3.8%为光伏发电机组，1.9%为其他机组，0.2%为储能。

而从发电量来说，2020年气机占45.5%，风电占22.8%，煤电占17.9%，核电占10.9%，其他类型占2.9%。根据装机容量和发电量占比分析，可见核电和煤电利用小时数较高。由于美国天然气发电机组大多采用管道即时供气，本地储气能力不足。所以从气电机组停运最多可以看出来，极寒天气下的冻井和输送管道冰堵是此次得州大停电事件的重要原因。

最后，从电力市场的角度，报告给出了从2月13日至2月21日的日前和实时电价变化情况，以及市场参与者所采用的基本风险对冲措施。

日前市场电价和实时市场电价曾经一度飙升至$9000/MWh的价格上限。而根据2月14日至2月19日大停电事件期间市场交易数据的统计，日前市场平均电价为$6，612.23/MWh，实时市场平均电价为$6，579.59/MWh。

而2021年1月日前市场平均电价为$21.36/MWh，实时市场平均电价为$20.79/MWh；2020年2月日前市场平均电价为$17.74/MWh，实时市场平均电价为$18.27/MWh。

虽然市场主体可能采取了一些风险对冲措施，但短短几天的市场异常情况还是造成了严重的后果。3月1日，由于无力支付ERCOT开具的21亿美金电费账单，得州最大、建立时间最长的电力合作公司布拉索斯电力（Brazos Electric Power Cooperative Inc）在休斯敦申请破产保护。同一天，得克萨斯州检察长Ken Paxton对电力零售商格里迪公司（Griddy）提起诉讼，称其使用欺骗性商业行为误导了电力用户，而其根本原因在于格里迪公司是以批发价格与其所代理的电力用户结算电费的。

争议：现行机制会威胁电网安全么？